Equipe ORNL desenvolve carbono

Dec 21, 2023

Cientistas do Laboratório Nacional Oak Ridge do Departamento de Energia desenvolveram um revestimento composto de nanotubos de carbono que confere superlubricidade às peças deslizantes. Reduz o atrito do aço esfregando no aço em pelo menos cem vezes. Um artigo sobre o revestimento foi publicado na revista Materials Today Nano.

Superlubricidade é a propriedade de não apresentar praticamente nenhuma resistência ao deslizamento; sua marca registrada é um coeficiente de fricção inferior a 0,01. Em comparação, quando metais secos deslizam um sobre o outro, o coeficiente de atrito é de cerca de 0,5. Com um óleo lubrificante, o coeficiente de atrito cai para cerca de 0,1. No entanto, o revestimento ORNL reduziu o coeficiente de atrito muito abaixo do limite para superlubricidade, para apenas 0,001.

Para o estudo, os pesquisadores cultivaram nanotubos de carbono em placas de aço e, em seguida, com uma máquina chamada tribômetro, fizeram as placas esfregarem umas nas outras para gerar aparas de nanotubos de carbono.

Os nanotubos de carbono de paredes múltiplas revestem o aço, repelem a umidade corrosiva e funcionam como um reservatório de lubrificante. Quando são depositados pela primeira vez, os nanotubos de carbono alinhados verticalmente ficam na superfície como folhas de grama. Quando as peças de aço deslizam umas sobre as outras, elas basicamente "cortam a grama". Cada lâmina é oca, mas feita de múltiplas camadas de grafeno laminado, uma folha de carbono atomicamente fina disposta em hexágonos adjacentes como arame de galinha. Os detritos de nanotubos de carbono fraturados da apara são redepositados na superfície de contato, formando um tribofilme rico em grafeno que reduz o atrito a quase zero.

Kumara et ai.

Os novos nanotubos não fornecem superlubricidade até que sejam danificados.

Os nanotubos de carbono são destruídos na fricção, mas se tornam uma coisa nova. A parte principal é que os nanotubos de carbono fraturados são pedaços de grafeno. Esses pedaços de grafeno são untados e conectados à área de contato, tornando-se o que chamamos de tribofilme, um revestimento formado durante o processo. Em seguida, ambas as superfícies de contato são cobertas por algum revestimento rico em grafeno. Agora, quando eles se esfregam, é grafeno sobre grafeno.

A presença de até mesmo uma gota de óleo é crucial para alcançar a superlubricidade.

Tentamos sem óleo; não funcionou. A razão é que, sem óleo, a fricção remove os nanotubos de carbono de forma muito agressiva. Então o tribofilme não pode se formar bem ou sobreviver por muito tempo. É como um motor sem óleo. Ele fuma em poucos minutos, enquanto um com óleo pode funcionar facilmente por anos.

O escorregadio superior do revestimento ORNL tem poder de permanência. A superlubricidade persistiu em testes de mais de 500.000 ciclos de fricção.

Os pesquisadores solicitaram uma patente de seu novo revestimento de superlubricidade.

O Programa de Sementes de Pesquisa e Desenvolvimento Dirigido por Laboratório do ORNL forneceu o suporte inicial para o trabalho de prova de conceito. Em seguida, o Escritório de Tecnologias de Energia Solar e o Escritório de Tecnologias de Veículos no EERE do DOE apoiaram a pesquisa subsequente.

Recursos

Chanaka Kumara, Michael J. Lance, Jun Qu (2023) "Superlubricidade em macroescala por um revestimento de nanotubo de carbono sacrificial," Materials Today Nano doi: 10.1016/j.mtnano.2022.100297.

Postado em 08 de junho de 2023 em Fricção, Grafeno, Histórico de mercado, Nanotecnologia | Link permanente | Comentários (2)